Osnovy kolichestvennogo analiza

б) коллоидные растворы – это неоднородные ультрамикрогетерогенные системы с размером частиц 10–7–10–9 м (1–100 нм). Например: плазма крови, лимфа.

в) грубодисперсные (микрогетерогенные) системы – это неод-

нородные гетерогенные системы с размером частиц 10–6–10–4 м. Например: эмульсии, суспензии, порошки, мази, кремы и т.д.

2.По наличию или отсутствию электролитической диссоциации:

а) растворы электролитов – это растворы веществ, диссоциирующих на ионы. В растворе присутствуют катионы и анионы солей, кислот, оснований. Например: растворы сильных электролитов NaCl, HCl, NaOH ( = 1) и растворы слабых электролитов

CH3COOH, NH3 H2O и др ( 1);

б) растворы неэлектролитов – растворы веществ, практически не диссоциирующих в воде. Например: растворы сахарозы, глюкозы, мочевины, глицерина и т.д.; в) растворы амфолитов – растворы веществ, которые могут дис-

социировать как по кислотному, так и по основному типу. Например: аминокислоты, Zn(OH)2 и т.д.

3.По агрегатному состоянию: а) жидкие, б) газообразные (смеси газов); б) твердые (сплавы металлов).

4.По содержанию растворенного вещества: а) разбавленные – с относительно низким содержанием растворенного вещества; б) концентрированные – с относительно высоким содержанием растворенного вещества.

Вмедицинской практике широко используются плазмозамещающие (инфузионные) растворы, которые по медицинскому назначению делят на:

1.Гемодинамические (противошоковые) растворы – предназначены для лечения шока различного происхождения и восстановления гемодинамики, в том числе микроциркуляции, при использовании аппаратов искусственного кровообращения для разведения крови во время операций.

2.Дезинтоксикационные растворы, применяемые при интоксикации различной этиологии.

3.Регуляторы водно-солевого баланса и кислотно-основного состояния: солевые растворы, осмотические диуретики.

11

4.Растворы для парентерального питания, которые служат для обеспечения энергетических ресурсов организма, доставки питательных веществ к органам и тканям.

5.Переносчики кислорода, восстанавливающие дыхательную функцию крови.

6.Комплексные (полифункциональные) растворы, обладающие широким диапазоном действия, которые могут состоять из нескольких групп плазмозамещающих растворов.

Вмедицинской и санитарно-гигиенической практике наибольшее значение имеют растворы, в которых растворителем является вода. Вода – универсальный растворитель, что обусловлено ее уникальными свойствами:

– высокий дипольный момент молекулы Н2О (1,82D);

–высокая диэлектрическая проницаемость ( = 78,5; t = 20оС), которая обусловлена полярностью молекулы воды;

–способность образовывать четыре водородные связи;

–высокая теплоемкость (75,3 Дж/моль К);

–высокая теплота испарения (40,8 кДж/моль);

–высокие температуры плавления и кипения;

– высокое поверхностное натяжение ( = 72,75 10–3 Н/м;

t = 20оС);

–низкая вязкость (0,001 Па; t = 20оС).

Вследствие перечисленных свойств, а также в связи с тем, что Н2О слабый электролит, амфолит, она является не только универсальным биорастворителем, средой, но и активным участником многих биохимических процессов в организме (гидролиз, гидратация и др.).

1. 3. Правила оформления результатов в химии

Результаты расчетов, экспериментальные данные принято выражать только значащими цифрами.

Значащие цифры – все достоверно известные цифры плюс первая из недостоверных.

Из определения следует, что все результаты надо округлять до первой недостоверной цифры.

Для оценки достоверности в таких случаях используют методы математической статистики, применяя в качестве критериев стан-

12

дартные отклонения, размах варьирования, доверительный интервал. Если эти сведения отсутствуют, недостоверность принимают равной1 в последней значащей цифре.

Округление конечного результата нужно проводить после выполнения всех арифметических действий.

Если за первой недостоверной цифрой следует цифра 5, то округляют до ближайшего четного числа. Например, число 17,465 следует округлить до 17,46, если цифра 6 недостоверна.

Вотличие от других цифр, нуль может быть значим и незначим. Нули, стоящие в начале числа, всегда незначимы и служат только для указания места запятой в десятичной дроби. Нули, стоящие между цифрами, всегда значимы. Нули, стоящие в конце числа, могут быть значимы и незначимы. Нули, стоящие после запятой в десятичной дроби, считаются значимы. Нули же, стоящие в конце целого числа, могут означать значащую цифру, а могут указывать только порядок числа.

Например, молярную концентрацию вещества в растворе выражают числом, содержащим четыре значащих цифры, поэтому числа

0,0987015 М и 0,002817 М следует записать так – 0,09870М и 0,002817М. Запись: 0,0987М и 0,0028М будет неправильной!

Вчислах: 200,0 – четыре значащих цифры; 0,0987 – три; 0,0029 – две; 0,7087 – четыре значащих цифры, а в числе 300 значащих цифр может быть одна (цифра 3), две (цифры 3 и 0), три (цифры 3, 0 и 0). Чтобы избежать неопределенности, число 300 необходимо предста-

вить в стандартном виде – как произведение числа, содержащего только значащие цифры, и 10n. Если в числе 300 одна значащая циф-

ра, то следует записать так 3 102, если две значащие цифры –

3,00 102.

При сложении и вычитании значимость суммы или разности определяется значимостью числа, у которого меньше десятичных знаков. Например, при сложении чисел 20,2; 3 и 0,47 значимость определяется недостоверностью числа 3, следовательно, сумму чисел 20,3 + 3 + 0,47 = 23,67 необходимо округлить до 24.

Числа, содержащие степени, преобразуют, приводя показатели степеней слагаемых к наибольшему. Например, при сложении чисел

4 10–5, 3,00 10–2 и 1,5 10–4 их следует записать: 0,004 10–2, 3,00 10–2 и 0,015 10–2. Сумму этих чисел 0,004 10–2 + 3,00 10–2 + 0,015 10–2 = 3,019 10–2, записывают 3,02 10–2, поскольку значимость суммы опре-

13

деляется значимостью числа 3,02 10–2, имеющего наименьшее число десятичных знаков.

При умножении и делении значимость произведения или частного определяет сомножитель с наименьшим числом значащих цифр. Например, при перемножении чисел 1,5 и 2,35 произведение должно содержать две значащие цифры, то есть 3,5 (1,5 2,35), а не 3,525, как получается при перемножении.

При возведении числа в степень относительная недостоверность результата увеличивается в число раз, равных степени. При возведении в квадрат она удваивается.

Необходимо помнить:

1)если стоящая следом за округляемой цифра больше 5, то округляемая цифра увеличивается на единицу (1,76 округляем до 1,8);

2)если стоящая следом за округляемой цифра меньше 5, то округляемая цифра не изменяется (272,334 округляется до 272,3);

3)если стоящая следом за округляемой цифра равна 5, то нечетную цифру повышают на единицу (3,75 округляют до 3,8), а четную – оставляют без изменения (6,45 округляют до 6,4).

1.4.Способы выражения концентрации вещества

врастворе

Концентрация вещества (компонента раствора) – физическая величина, размерная или безразмерная, измеряемая количеством (массой) растворенного вещества, содержащегося в определенной массе, объеме раствора или массе растворителя.

В аналитической практике используются следующие способы выражения концентрации вещества в растворе:

1.4.1. Массовая доля растворенного вещества w(Х) – величина равная отношению массы растворенного вещества m(X) к массе раствора mр-ра

		w Х		m (X)	100 %
				m р - ра
w Х		m (X)	100 % , т.к. m				= V
						р-ра		р-ра	,
V		р - ра р - ра					р-ра

14

Массовая доля вещества в растворе – величина безразмерная, но обычно выражается в процентах.

Массовая доля, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора.

Например, запись: «0,89%-ный раствор NaCl» (w(NaCl) = 0,89%)

означает, что в 100 г такого раствора содержится 0,89 г вещества NaCl и 99,11 г вещества воды.

В медицинской и технической литературе до настоящего времени было принято выражать массовую долю в грамм-процентах, г% (равнозначно процентам по терминологии, принятой в СИ), в промилле, т.е. тысячной доле единицы, обозначенной о; миллиграммпроцентах, мг %, т.е. 10–3 г%; в миллионных долях, млн–1, т.е. 10–6 г%. Все перечисленные способы выражения массовой доли ве-

щества связаны следующими соотношениями:

1% = 1 г% = 10 о = 1 10–3 мг% = 1 10–4 млн–1 = 1 106 мкг%

Например, массовая доля хлорида натрия в физиологическом растворе, полученном смешиванием 0,9 г NaCl и 99,1 г Н2О, равна:

0 ,9

w (NaCl) 99 ,1 0 ,9 = 0,009 = 0,9% = 0,9 г% = 9 о = 900 мг% = = 9000 млн–1 = 900000 мгк%

Единицы г%, мг% и мкг% являются внесистемными и не позволяют сравнивать концентрацию различных растворенных веществ, поэтому целесообразнее результаты клинического анализа по содержанию веществ в биологических жидкостях выражать в единицах молярной концентрации этих веществ. Для этого при пересчете используют следующие соотношения:

	если w(Х) в мг%, то	с Х	w Х	10
			М Х

с Х w Х 10

если w (Х) в мкг%, то	М Х

2

5

моль/л;

моль/л.

Массовая доля используется для характеристики лекарственных препаратов, физиологических растворов и т.д. (5%-ный раствор иода; 0,9%-ный раствор хлорида натрия и др.).

В таблице 1 приведены данные о содержании некоторых элементов, ионов и химических соединений в биологических жидкостях (в крови – В, плазме – Р, сыворотке крови – S, моче – суточное содержание dU).

15

				Таблица 1
Элемент, ион,	Молярная	Био-	Содержание в норме
соединение	масса,	объект	B, P, S – моль/л	В единицах, при-
	г/моль		dU – моль	меняемых ранее
Азот:	14
– общий		dU	(0,5 1,78)	(7 25) г
– остаточный		P/S	(10 28,6) 10–3	(14 40) мг%
-амино		P/S	(3,2 3,6) 10–3	(4,5 5,0) мг%
-амино		dU	(3,6 37,8) 10–3	(50 530) мг
Аммиак	17,0	P/S	(29 47) 10–6	(50 80) мкг%
Билирубин	584,7	P/S	(1,7 24) 10–6	(0,1 1,4) мг%
Глюкоза	180,0	dU	(0,11 0,44) 10–3	(20 80) мг
Железо	55,85	P/S	(8,1 37,6) 10–6	(45 210) мкг%
Иод	126,94
неорганический		S	(7,9 20,5) 10–9	(0,1 0,26) мrг%
связанный белком		S	(315 473) 10–9	(4 6) мкг%
Калий	39,1	S	(4,1 4,9) 10–3	(16 19) мг%
		dU	(61 79) 10–3	(2,4 3,1) г
Кальций	40,08	P/S	(2,05 2,89) 10–3	(8,2 11,6) мг%
		dU	(1,25 10) 10–3	(50 400) мг
Магний	24,32	P/S	(0,8 0,9) 10–3	(1,9 2,2) мг
		dU	(1,7 8,2) 10–3	(40 200) мг
Медь	63,54	P/S	(13,4 21,1) 10–6	(85 138) мкг%
		dU	(0,06 1,26) 10–6	(0,4 80) мкг
Мочевина	60,0	P/S	(3,8 5,8) 10–3	(23 35) мг%
		dU	(0,3 0,4) 10–3	(20 25) г
Натрий	23,0	P/S	(126 151) 10–3	(290 347) мг%
		dU	(0,13 0,26)	(3 6) г
Свинец	207,2	В	(0,05 0,97) 10–6	(1 20) мкг%
Фосфор	31,0
общий		В	(10 13) 10–3	(30 40) мг%
неорганический		dU	(16,1 64,6) 10–3	(0,5 2,0) г
Хлорид-ион	35,5	P/S	(96 110) 10–3	(340 390) мг%
		dU	(0,17 0,18) 10–3	(6,0 6,3) г
Цинк	65,4	P/S	(17 22) 10–6	(110 145) мкг%
		dU	(67 126) 10–6	(400 800) мкг%

16

1.4.2. Молярная концентрация вещества в растворе с(Х) – ве-

личина, равная отношению количества растворенного вещества n(X) к объему раствора Vр-ра:

	с Х	n (X)			m (X)			m (X) 1000
		Vр -ра	л		M (X) Vр -ра	л		M (X) V р -ра	мл

Молярная концентрация вещества в растворе показывает, какое количество растворенного вещества содержится в 1 л раствора. В СИ основной единицей молярной концентрации является моль/м3. Однако на практике используется единица – моль/дм3, что соответствует внесистемной единице – моль/л.

Широко распространена сокращенная форма записи единицы молярной концентрации буквой М.

Запись «0,2М NaOH» означает, что молярная концентрация вещества NaOH в растворе равна 0,2 моль/л, т.е. в 1 литре раствора содержится 0,2 моль вещества NaOH. Поскольку термин «молярная концентрация» относится к растворенному веществу, а не к раствору, то неверно сказать «молярная концентрация раствора гидроксида натрия равна 0,2 моль/л». Следует говорить «молярная концентрация гидроксида натрия в растворе равна 0,2 моль/л».

Молярная концентрация (моль/л, ммоль/л) применяется для выражения концентрации различных веществ в биологических жидкостях.

Для практической трансфузиологии важно учитывать и уметь рассчитывать физиологические характеристики этих растворов, одной из которых является осмолярность.

Осмолярность сосм – это осмотическая концентрация, которая выражается количеством осмоль растворенного вещества в 1 л раствора.

Теоретическая осмолярность рассчитывается по формуле:

с осм	m	n 1000	мосм/л (миллиосмоль/л),
	M

где m – содержание вещества в растворе, г/л; М – молярная масса вещества, г/моль;

n – количество частиц, образующихся при растворении вещества; для недиссоциирующих веществ (неэлектролитов) n = 1; 1000 – коэффициент перевода осмоль в миллиосмоль.

Например, теоретическая осмолярность 0,9% раствора хлорида натрия ( =1 г/мл) определяется следующим образом:

17

1.m(NaCl) = 0,9 10 = 9 г/л;

2.(NaCl Na+ + Cl–), следовательно, n = 2;

				2 частицы
	3. сосм		9 2	1000 = 308 мосм/л.
			58 ,5

Осмолярность плазмы у здоровых людей колеблется в узких пределах и составляет в среднем 285 5 мосм/л, осмолярность крови равна 300 5 мосм/л.

1

1.4.3. Молярная концентрация эквивалента вещества Х, с( z X) –

величина, равная отношению

количества вещества эквивалента

n(

1

X) в растворе к объему этого раствора:

z

n (

1

X)

1

z

m (X)

с (

X)

1

,

z

V р -ра

M (

X) V

р -ра

z

1

где n( z X) – количество вещества эквивалента, т.е. это количество

вещества Х, в котором условными единицами являются эквиваленты, моль;

1

М( z X) – молярная масса эквивалента вещества Х, г/моль.

Для упрощения возможно использовать запись сэкв.(Х).

Единица молярной концентрации эквивалента вещества Х в СИ – моль/м3 и допускается в СИ – моль/л.

Этот способ выражения концентрации вещества в растворе применяется в титриметрическом анализе.

Устаревшее название данного способа выражения концентрации вещества в растворе – «нормальная концентрация», поэтому сокращенно единицы молярной концентрации эквивалента вещества Х обозначают «н.». Запись «0,1 н. H2SO4» означает, что молярная концентрация эквивалента вещества H2SO4 равна 0,1 моль/л, т.е. в 1 л раствора содержится 0,1 моль эквивалента вещества H2SO4.

Между молярной концентрацией с(Х) и молярной концентраци-

1

ей эквивалента с( z X) существует следующее соотношение:

18

1 1

с(Х) = z с( z X)

Обратите внимание: если фактор эквивалентности для реагента (Х) равен единице, то молярная концентрация вещества (Х) и молярная концентрация эквивалента вещества (Х) имеют одно и то же значение. В этом случае понятие молярной концентрации эквивалента вещества в растворе не используется.

1.4.4. Титр растворенного вещества Т(Х) – это масса (г) раство-

ренного вещества Х, содержащаяся в одном миллилитре (см3) рас-

твора:

Т Х m Х

Vр -ра

Титр – внесистемная единица, измеряется в г/см3, допускается запись г/мл (1 мл = 1см3).

Этот способ выражения концентрации вещества в растворе используется в микробиологии, общей гигиене, иммунологии.

На практике при выполнении массовых исследований результаты анализа определяются с помощью условного титра рабочего раствора (см. раздел 4.1) по определяемому веществу.

Титр раствора по определяемому веществу А, Т(В/А) – это масса определяемого вещества А, взаимодействующего с одним миллилитром титранта В.

Т В/А с В М A , г/мл

1000

1.4.5. Моляльная концентрация вещества Х в растворе, сm(Х) –

это величина, равная отношению количества вещества к массе растворителя:

c m	Х	n X		m X		,
		m р - ля		M X m
					р - ля

Размерность моль/кг.

Моляльную концентрацию также обозначают b(Х).

Моляльная концентрация применяется при изучении коллигативных свойств растворов.

Физический смысл заключается в том, что моляльная концентрация показывает, сколько моль растворенного вещества содержится в 1 кг растворителя.

Запись «сm(H2SO4) = 0,15 моль/кг» означает, что в 1 кг растворителя содержится 0,15 моль вещества H2SO4.

19

1.4.6. Молярная доля растворенного вещества N(X) – величина,

равная отношению количества вещества данного компонента к суммарному количеству всех компонентов, входящих в состав раствора, включая растворитель n(A):

n (X)

N (X)

n (X) n (A)

Молярная доля – величина безразмерная, обычно выражается в долях единицы, реже в процентах. Сумма молярных долей всех компонентов раствора равна единице.

Также молярную долю обозначают (Х).

Устаревшее название данного способа выражения концентрации вещества в растворе – мольная доля.

Этот способ выражения концентрации вещества в растворе используется для характеристики коллигативных свойств растворов.

В аналитической практике часто приходится переходить от одного способа выражения концентрации вещества в растворе к другому. Для этого используют формулы, приведенные в таблице 2.

Таблица 2

Связь между способами выражения концентрации вещества в растворе

Массовая доля

c (X) M (X)

c (1/ zX) M (1/ zX)

T (X) 100

ρ 10

ρ 10

ρ

Молярная кон-

c (X)

(X) ρ

10

c (1 / zX) fэкв

T (X) 1000

центрация

M (X)

M (X )

Молярная

c (1 / zX )

(X ) ρ 10

c (X )

T (X ) 1000

концентрация

M (1 / zX )

fэкв

M (1 / zX )

эквивалента

Титр раствора

T ( X )

( X ) ρ

c ( X ) M ( X )

c (1 / zX ) M (1 / zX )

100

1000

1000

Моляльная

cm (X)

(X) 1000

концентрация

(100 - (X))

M (X)

В санитарно-гигиенической практике для оценки качества окружающей среды используются несистемные единицы выражения состава раствора:

а) Жесткость воды Жобщ – совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде Са2+ и Mg2+. Жесткость воды (Жобщ.) опре-

20